基于Multisim7的負(fù)反饋放大電路的研究,負(fù)反饋放大器

1、    基于Multisim7的負(fù)反饋放大電路的研究,負(fù)反饋放大器，開環(huán)，閉環(huán)，Multisim7引言負(fù)反饋在電子線路中有著非常廣泛的應(yīng)用，采用負(fù)反饋是以降低放大倍數(shù)為代價的，目的是為了改善放大電路的工作性能，如穩(wěn)定放大倍數(shù)、改變輸入和輸出電阻、減少非線性失真、擴(kuò)展通頻帶等，所以在實(shí)用放大器中幾乎都引入負(fù)反饋。在以往的教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，即使教師對負(fù)反饋的概念、反饋的類型等都做了全面的分析，但學(xué)生掌握得不夠好。分析其原因，主要有以下幾個方面。首先，因反饋類型較多，如串聯(lián)、并聯(lián)反饋；電流、電壓反饋；直流引 言負(fù)反饋在電子線路中有著非常廣泛的應(yīng)用，采用負(fù)反饋是以降低

2、放大倍數(shù)為代價的，目的是為了改善放大電路的工作性能，如穩(wěn)定放大倍數(shù)、改變輸入和輸出電阻、減少非線性失真、擴(kuò)展通頻帶等，所以在實(shí)用放大器中幾乎都引入負(fù)反饋。在以往的教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，即使教師對負(fù)反饋的概念、反饋的類型等都做了全面的分析，但學(xué)生掌握得不夠好。分析其原因，主要有以下幾個方面。首先，因反饋類型較多，如串聯(lián)、并聯(lián)反饋；電流、電壓反饋；直流、交流反饋及正、負(fù)反饋等不同類型的反饋，導(dǎo)致學(xué)生概念的混淆和理解的困難，即使通過上實(shí)驗課，也因教學(xué)時間限制不可能將全部反饋類型都進(jìn)行；其次，實(shí)驗所需時間較長，加上儀器本身的缺陷，所采集到的數(shù)據(jù)量較少且誤差較大，如用示波器對反饋電路中放大的信號波形簡單采集，然后

3、計算放大倍數(shù)、輸入和輸出電阻，其結(jié)果與理論值有較大偏差，效果不太理想。這幾年我院將電子技術(shù)基礎(chǔ)作為精品課程，按照“五個一流”的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，探索教學(xué)改革之路，如應(yīng)用EDA(電子設(shè)計自動化)軟件Pro-tel、EWB等，特別是使用Multisim2001及升級版Mul-tisim 7軟件，作為教學(xué)和實(shí)驗的一種輔助手段，由最初的創(chuàng)建電路圖到現(xiàn)在的仿真實(shí)驗及電路設(shè)計，取得了顯著的教學(xué)效果。1 仿真電路Multisim 7軟件用虛擬的元件搭建各種電路、用虛擬的儀表進(jìn)行各種參數(shù)和性能的測試，在理論課的教學(xué)中，為了增加學(xué)生的感性認(rèn)識，運(yùn)用Multisim 7進(jìn)行原理電路設(shè)計、電路功能測試，將信號發(fā)生器、波特圖

4、儀、示波器等儀器在屏幕上直觀地顯示出來，對電路進(jìn)行直流工作點(diǎn)分析、交流分析、瞬態(tài)分析、靈敏度分析、溫度掃描分析等，并即時顯示電路的仿真結(jié)果。再通過實(shí)驗課的親自操作、觀察現(xiàn)象、得出結(jié)論，使電路理論與實(shí)驗現(xiàn)象緊密結(jié)合，學(xué)生對電子技術(shù)基礎(chǔ)課程產(chǎn)生了極大的興趣，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的主動性與積極性，分析問題與解決問題的能力有了較大提高，考試成績比前幾年也有了顯著提高。本文以交流電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路為例，用Multisim 7進(jìn)行負(fù)反饋放大電路的研究。首先在Multisim 7中創(chuàng)建仿真電路。進(jìn)入Multi-sim 7仿真環(huán)境，從元件庫中調(diào)用晶體管(2N2222A，默認(rèn)值=200、UBE=0.75 V)、電阻、

5、電容、直流電源、開關(guān)等元件，從虛擬儀器工具欄中取出函數(shù)信號發(fā)生器、雙蹤示波器，創(chuàng)建仿真電路如圖1所示。信號源沒置頻率1 kHz、幅值1 mV的正弦波；連接地線、節(jié)點(diǎn)等，在Options菜單中，打開參數(shù)Prefer-ences對話框，單擊Show node names對所創(chuàng)建的電路的節(jié)點(diǎn)自動編號，其輸出端節(jié)點(diǎn)為14，在圖1中為了簡化，使電路圖清晰，刪除了其余節(jié)點(diǎn)編號，至此電路圖已創(chuàng)建。開關(guān)A向左扳，開關(guān)B打開時，為兩級阻容耦合放大電路，開關(guān)B閉合時，為兩級阻容耦合電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路。首先，測兩級的靜態(tài)工作點(diǎn)，將信號源短接，用直流電流表、電壓表分別測出基極、集電極電流及管壓降，其值為IB1=5

6、.63A，IC1=1.2 mA，UCE1=7.13 V，IB2=7.58A，IC2=1.6 mA，UCE2=5.18 V。開環(huán)和閉環(huán)時靜態(tài)工作點(diǎn)相同。理論計算如下：可見，理論值與實(shí)驗值基本相同。2 電壓放大倍數(shù)將開關(guān)A、C向左扳，D向右扳，即RS串入電路，相當(dāng)于信號源內(nèi)阻。開關(guān)B打開(基本放大器)，啟動仿真開關(guān)，在示波器Timebase區(qū)設(shè)置X軸的時基掃描時間，在Channel A和Channel B區(qū)分別設(shè)置A、B通道輸入信號在Y軸的顯示刻度。仿真結(jié)果見圖2。移動游標(biāo)讀出輸出電壓、輸入電壓的幅值，則開環(huán)時的電壓放大倍數(shù)為Au=uouj=148.916 6；再將開關(guān)B閉合(負(fù)反饋放大器)，方法

7、同上。其仿真結(jié)果見圖3。因此，閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為：理論計算如下。1) 開環(huán)式中：rbel=4.77 k；rbe2=3.59 k；RL1=RC1Rb21Rb22rbe2+(1+)Re3=2.92k；RL=RC2RL=3.33 k。因此，Au=Au1Au2=155.67。2) 閉環(huán)可以看出，引入負(fù)反饋后電壓放大倍數(shù)降低了。3 電壓放大倍數(shù)的穩(wěn)定性將直流電壓源改為12V，方法同上，分別測出開環(huán)和閉環(huán)時的電壓放大倍數(shù)，Au(12V)=138.469 3，Auf(12V)=10.106 4，則開環(huán)電壓放大倍數(shù)的穩(wěn)定度為：閉環(huán)電壓放大倍數(shù)的穩(wěn)定度為：可見，引入負(fù)反饋電壓放大倍數(shù)的穩(wěn)定性提高了。4 信號源內(nèi)

8、阻對反饋效果的影響用參數(shù)掃描法分析。單擊Simulate菜單中Analy-sis選項下的Parameter Sweep Analysis命令，在彈出的對話框中，點(diǎn)擊Analysis Parameter標(biāo)簽，設(shè)置將要掃描分析的信號源內(nèi)阻的起始值start100，終止值stop5000，掃描點(diǎn)數(shù)#of 2，點(diǎn)擊Output variables標(biāo)簽，沒置分析的節(jié)點(diǎn)，選取輸出節(jié)點(diǎn)14作為仿真分析變量，點(diǎn)擊More按扭，在Analysis to下拉菜單中選擇Transientanalysis(瞬態(tài)分析)，默認(rèn)Group all traces on one plot，即將所有的分析曲線放在同一個圖中顯示。

9、最后單擊Simulate按扭進(jìn)行仿真，其仿真結(jié)果見圖4。若RS=0，則Aus=Au，Aufs=Auf；若RS=，反饋電壓加不到基本放大電路的輸入端，不能參與對輸出電壓uo的控制作用，uo不受串聯(lián)反饋的影響。可見，信號源內(nèi)阻對反饋影響較大，為使串聯(lián)反饋能取得最好效果，信號源內(nèi)阻RS應(yīng)盡可能小。5 輸入電阻將交流電壓表和電流表接在輸入端，測得開環(huán)時，Ui=6.98 mV，Ii=0.901A，則Ri=UiIi=7.75 k；閉環(huán)時，Iif=0.061A，Rif=UifIif=115.13 k。理論值為：Ri=Rb11Rb12rbe1+(1+)Ref=7.72 k，Rif=Ri(1+AuFu)=114

10、.68 k。可見，串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增大。6 輸出電阻在輸出端接交流電壓表，測出開環(huán)和閉環(huán)的輸出電壓，Uo=1.031 V，Uo=0.07 V，再將開關(guān)C打開，即負(fù)載RL開路，分別測出開環(huán)和閉環(huán)時的開路電壓，Uoc=1.534 V，Uoc=0.072 V，則Ro=(UocUo-1)RL=4.88 k，Rof=(UocUo-1)RL=0.29 k。理論值為：RoRC2=5 k，Rof=Ro(1+AusFu)=0.337 k，輸出電阻減小了。7 通頻帶用交流分析法，分別測量開環(huán)和閉環(huán)的上下限截止頻率。單擊Simulate菜單中Analyses選項下的ACAnalysis(交流分析)命令，在彈出的

11、對話框中，點(diǎn)擊Frequency Parameters標(biāo)簽，設(shè)置AC分析時的參數(shù)頻率：交流分析的起始頻率1 Hz、終止頻率10 GHz、掃描方式Decade、取樣數(shù)量10、縱坐標(biāo)的刻度Linear。最后單擊Simulate按扭進(jìn)行仿真，其仿真結(jié)果見圖5、圖6。圖5中fL=28.3924 Hz，fH=462.407 2 kHz，通頻帶fbw=fH-fL=462.378 9 kHz，穩(wěn)頻時的增益約為148.088。由圖6，fLf=9.665 4 Hz，fHf=7.880 5 kHz，通頻帶fbwf=fHf-fLf=7.880 4 MHz，穩(wěn)頻時的增益約為10.094。由此直觀地反映了引入負(fù)反饋后增

12、益降低了，但是擴(kuò)寬了通頻帶。8 觀察負(fù)反饋對非線性失真的改善打開開關(guān)B(開環(huán))，增大輸入信號的幅值(頻率不變)，使輸出電壓波形出現(xiàn)輕度非線性失真，仿真結(jié)果見圖7。再閉合開關(guān)B(閉環(huán))，觀察輸出電壓波形，見圖8?？梢娯?fù)反饋改善了非線性失真。9 反饋深度對反饋效果的影響用參數(shù)掃描法分析，方法同第4節(jié)。仿真結(jié)果見圖9。設(shè)置將要掃描分析的反饋電阻Rf的起始值、終止值、掃描點(diǎn)數(shù)，即設(shè)置start 5100，stop 51000，#of 2，點(diǎn)擊More按扭，在Analysis to下拉菜單中選擇AC analysis(交流分析)，默認(rèn)Croup all traces on 0ne plot，最后單擊Simulate按扭進(jìn)行仿真。由圖9可見Rf越大，反饋深度(1+AuFu)越小，增益越大，通頻帶越窄，即反饋深度對反饋效果的影響較大。10 結(jié)束語通過Multisim 7的仿真分析，直觀形象地反映了放大電路引入負(fù)反饋后，雖然降低了放大倍數(shù)，但放大電路的其他性能得到了改善。教學(xué)實(shí)踐證明，在電子技術(shù)的理論課教學(xué)中應(yīng)用計算機(jī)軟件進(jìn)行仿真分析，加深了對電路原理、信號流通過程、元器件參數(shù)及電路性能的了解，使抽象的理